單張紙膠印機滾筒振動分析及改進

史發軍

如今，單張紙膠印機正朝著“高速、高效、自動、智能”的方向深入發展，“高速”則是單張紙膠印機發展的基本要求。然而，隨著單張紙膠印機速度的提升，整個機體的振動幅值也會顯著增大。其中，滾筒作為單張紙膠印機的重要部件，其振動情況直接影響著印品質量，如常見的重影、條痕和遞紙規矩誤差等故障，往往都是由滾筒振動異常引起的。此外，滾筒的振動還會加劇印版、軸承等部件的磨損，導致印版耐印力下降。可見，要想在高速單張紙膠印機上實現精美印刷，就必須保證滾筒平穩運行，而了解滾筒的振動原因與振動形式，并對滾筒進行合理設計是最為關鍵的基礎工作之一。

滾筒振動原因與振動形式

在印刷過程中，印刷單元擔負著圖像轉移的主要職能，可以說是單張紙膠印機的核心。單張紙膠印機的印刷單元由印版滾筒、橡皮滾筒、壓印滾筒（包括印版、橡皮包襯的夾緊固定裝置、叼紙牙機構、滾筒相對位置調節裝置等）、齒輪傳動部分、離合壓機構、傳紙裝置及有關控制器件組成。在紙張從上一色組被傳遞到下一色組的過程中，誘發滾筒振動的原因有很多，主要包括以下幾個方面。

1.滾筒運轉不平衡

印刷過程中，滾筒一直都在高速旋轉，有時會因質量分布不均而造成運轉不平衡，在此過程中，滾筒必然會產生一定的慣性力，這種慣性力若沒有得到有效消除，將會引起滾筒運轉速度發生突變，從而使滾筒的振動幅值增大。在不考慮軸承剛度差異和傳動不平衡的影響時，滾筒在這種情況下產生的振動稱之為諧振。

2.傳動機構傳動不均衡

單張紙膠印機通過滾筒軸端的斜齒輪來傳遞動力，當傳動機構傳動不均衡時，滾筒就會受到徑向力和軸向力的綜合作用，從而使其兩端受力不一致，進而產生振動。滾筒的這種振動形式屬于扭振。

3.往復或間歇運動機構受到沖擊

單張紙膠印機的結構組成中有許多往復或間歇運動機構，如叼紙牙、擺動式遞紙牙、前規等，當凸輪進行加速度運轉時很容易對這些運動機構造成不同程度的沖擊，尤其是離合壓機構產生的沖擊，更會嚴重影響滾筒的運行狀況，從而導致滾筒發生振動。滾筒因以上原因而產生的振動形式除了有諧振、扭振之外，還有沖擊振動。

4.滾筒軸承發生磨損

滾筒軸承的磨損狀況會直接影響滾筒振動幅值的大小。軸承與軸頸的配合間隙越大，軸承的磨損就會越嚴重，滾筒振動也會隨之變得更加劇烈。另外，滾筒軸承兩端支承剛度的不一致，也使得印刷過程中滾筒的振動形式變得更為復雜，除了出現諧振、扭振的振動形式之外，有時還會出現擺振。

5.滾筒空檔帶來的沖擊

膠印過程中，印刷壓力是通過兩個滾筒之間接觸來獲取的。對于單張紙膠印機來說，由于滾筒空檔的存在，使得印刷壓力在一個印刷周期內呈現規律性的產生和消失，而在此過程中，滾筒將反復承受較大的瞬間沖擊，從而產生振動。滾筒的這種振動形式是沿軸線方向整體平移振動與彎曲振動的疊加。

避免滾筒振動的措施

（1）避免滾筒振動的常用措施之一就是采用減振方法，首先要對選用的減振方法進行分析，以確定適合單張紙膠印機滾筒的減振方案。

（2）將滾筒軸承與軸頸的配合間隙控制在10～15μm，另外，要盡可能地選用高精度的軸承和齒輪。

（3）在滾筒齒輪之間的交接位置，增加調隙裝置，以控制側隙大小。

（4）對離合壓機構進行優化，為保證合壓位置的準確，在離合壓機構操作面的墻板內側安裝一個離合壓限位機構（如圖1），以確保離合壓機構平穩運行、無沖擊波。另外，在制作墻板時應選用合適的材料及結構。

滾筒設計注意事項

在新滾筒的設計中，一定要根據已確定的減振方案，同時結合現有滾筒的尺寸數據，通過編程重新設計滾筒的截面以及軸向尺寸，建立現有滾筒與新設計滾筒實體模型，使用SolidWorks和ANSYS軟件對兩個滾筒的靜態特性進行模擬研究，檢驗新設計滾筒的靜態特性是否達到使用要求。

為保證所設計滾筒的靜態特性達到要求，筆者經過長期的研究和驗證，總結了在滾筒設計工作中需要注意的幾點事項。

（1）新滾筒的設計方案必須要保證滾筒的可加工性，并且加工成本不宜太高。

（2）由于在設計過程中，滾筒的直徑、空檔角等主要參數一旦確定，便不能改變，因此在確定這些主要參數之前，一定要經過科學的計算和軟件模擬，經過測試合格之后才可確定。

（3）在設計中要保證在一定印刷壓力下，滾筒的撓度盡可能小。

（4）新滾筒截面形心相對于其回轉中心的偏移量應盡可能小，從而有助于滾筒保持平衡。

我公司在滾筒設計工作中就遵循了以上幾點注意事項，隨后在對新滾筒的偏心、重量以及抗彎剛度進行了計算與研究后發現，新滾筒的靜態特性較現有滾筒得到了明顯提高，這為滾筒的平穩運行打下了堅實的基礎。